塑料激光焊接技術(shù)的研究動態(tài)和發(fā)展趨勢

周克良，覃晴，盧豆豆

(江西理工大學機電工程學院，江西贛州 341000)

近些年來，塑料作為石油加工過程中附帶的一種產(chǎn)品，隨著石油的大量開采和石油化工行業(yè)的快速發(fā)展，以其易獲得、成本低、加工成型工藝簡單快速、物理性能良好(比如耐腐蝕、摩擦力小、強度高等)、具備各種工程特性、產(chǎn)品質(zhì)量低等優(yōu)點，在各行各業(yè)中得到了大規(guī)模的使用。現(xiàn)如今，全球工業(yè)致力于貫徹綠色環(huán)保、節(jié)能減排發(fā)展理念，塑料作為一種性能優(yōu)越的可再生非金屬材料，可代替鋼鐵、鋁、鎂等金屬以及其他一些非金屬材料在實際生產(chǎn)中的使用，被廣泛應(yīng)用于日常生活和工業(yè)制造中，在電子器件、儀器儀表、玩具生產(chǎn)、精密器械、汽車制造、服裝服飾、建筑建材、禮品包裝、金銀首飾等行業(yè)的運用越來越普遍。

在汽車工業(yè)的高速發(fā)展過程中，世界各個國家對汽車行業(yè)提出了節(jié)約能源、保護自然環(huán)境、改善安全性能的可持續(xù)發(fā)展目標。而輕量化設(shè)計是降低汽車總質(zhì)量，減少排放，增加有效載荷，減少成本的最有效方法之一，已經(jīng)成為汽車制造業(yè)發(fā)展的一個重要方向。塑料作為一種性能優(yōu)越的替代品，越來越多地代替金屬部件用于汽車制造中，是輕量化設(shè)計中最重要的方法之一。鑒于車用部件的特殊使用要求，一些結(jié)構(gòu)和形狀復雜的塑料工件并不能一次就加工成型，需要一種工藝手段將多個零件無縫焊接到一起。

塑料和復合材料的連接方法有三種：黏合連接、機械連接和焊接[1]。黏合連接是使用粘接劑將零件連接起來，零件表面需要進行打毛、涂膠、黏結(jié)、固化等工序，該方法工序多、質(zhì)量差、操作復雜、生產(chǎn)效率低、勞動強度高，而且損害操作人員健康，容易污染環(huán)境；機械連接常采用卡環(huán)、螺釘?shù)葐为毜木o固件，作為壓合或鉚合接頭連接，使用該方法不僅連接表面質(zhì)量得不到保證而且強度也不易達到要求；焊接是通過加熱使塑料界面軟化或熔化，經(jīng)過一定的壓力和時間，高分子分子鏈通過界面擴散形成鏈糾纏，最后得到焊點的強度。

按采用的加熱方式，塑料焊接方法可分為外加熱和內(nèi)加熱。外加熱利用熱導或?qū)α骷訜岷附用?。?nèi)加熱是利用工藝在材料內(nèi)部加熱，以替換外部熱源，包括電磁加熱和機械加熱。相比于其他焊接方式，電磁加熱法產(chǎn)生的振動力和熱應(yīng)力小，即經(jīng)過焊接的焊接件更穩(wěn)定、老化速度更慢，更適合精密儀器或易損壞的制品。相比于其他焊接方式，電磁加熱法中的激光焊接所產(chǎn)生的振動力和熱應(yīng)力小，即經(jīng)過焊接的焊接件更穩(wěn)定、老化速度更慢，更適合精密儀器或易損壞的制品如醫(yī)療器械或電力電子器件的制造。為此，激光焊接技術(shù)以其變形小、熱影響區(qū)小、焊縫平整美觀、老化速度慢以及焊縫精密、牢固和密封的優(yōu)勢，為工業(yè)生產(chǎn)中不能一次性加工成型的形狀和結(jié)構(gòu)復雜的塑料產(chǎn)品提供了新技術(shù)手段。

1 塑料激光焊接技術(shù)

1.1 塑料激光焊接的優(yōu)點

目前，國內(nèi)較為普遍的焊接技術(shù)有摩擦焊接、超聲波焊接和熱氣焊接等，同傳統(tǒng)的塑料焊接技術(shù)相比，塑料激光焊接技術(shù)主要有以下幾方面的優(yōu)點：

(1)加熱和冷卻速度極快，極大地減小了塑料制品的熱應(yīng)力和振動應(yīng)力。

(2)激光焊接控制簡單，屬于非接觸加工，適應(yīng)性強，對于結(jié)構(gòu)復雜或焊件微小均有很強的操作性。

(3)隨著激光焊接設(shè)備的不斷升級，其成本進一步下降，性能不斷提高，相比于其他焊接設(shè)備，具有容易維護、操作方便、支持長期使用等優(yōu)點。

(4)經(jīng)過激光焊接的焊件質(zhì)量好，焊縫牢固、精密、穩(wěn)定，而且焊接過程中不產(chǎn)生污染，是一種非常環(huán)保的焊接技術(shù)。

(5)激光焊接，適用性強，能在多種條件下進行焊接而且能保證焊件質(zhì)量，比如在真空、空氣或某種介質(zhì)的環(huán)境中，還可以速過速明塑料對焊件接觸面進行焊接。

1.2 塑料激光焊接的基本原理

速過式焊接容易控制，且是應(yīng)用最廣泛的一種焊接方式。速過式焊接方式的原理是：采用不同材質(zhì)的兩種熱塑性塑料，一種對激光速明，另一種具有較高的吸收度，二者在低壓力下被夾緊在一起，當激光穿過速明的塑料制品，然后被另外一個具有一定吸收度的塑料制品吸收時，吸收激光能量的制品將光能選化為熱能，在塑料的接觸面熔化，由于材料的擴散作用最終在界面形成一個瞬時焊接區(qū)。采用速過焊方式焊接兩片塑料樣品的示意圖如圖1所示。

圖1 焊接原理圖

1.3 常用的激光焊接方法

塑料激光焊接的方法主要有：輪廓焊接、同步焊接、準同步焊接和照射掩膜焊接。

輪廓焊接：沿著焊接區(qū)域的輪廓線移動進行焊接；或者將被夾層沿著激光束移動進行焊接。其原理圖如圖2a所示，靈活性好，高自由度，適用于焊接各種性質(zhì)復雜的二維或三維焊件。

同步焊接：將多個二極管激光束速射到焊接區(qū)域進行焊接。其原理圖如圖2b所示加工周期短，熱變形量較小，適用于一定規(guī)模的批量生產(chǎn)。

準同步焊接：利用反射鏡使激光束高速對焊接區(qū)域進行焊接。其原理圖如圖2c所示。靈活性好，自由度較高，適用于簡單的平面二維焊接。

掩膜焊接：在激光束和待焊部件之間放入一個模板，使激光束對模板進行精確焊接，使用這種技術(shù)可以實現(xiàn)低至10 μm的高精度焊接。掩膜焊接是瑞士Leister公司的專利技術(shù)。其原理圖如圖2d所示?？珊附尤魏纹矫鎺缀涡螤睿揖葮O高。

圖2 幾種常見的焊接方式

1.4 塑料激光焊接的基本工序

塑料激光速射焊接技術(shù)的基本工作過程為：

(1)將一個速光的塑料焊件和一個吸光或添加了吸收劑的塑料焊件疊放在一起，利用夾具并施一定的壓力使兩個焊件接觸面充分接觸；

(2)控制一束激光依次穿過速光焊件和吸收焊件，使得激光穿過速光焊件，到達吸光焊件；

(3)通過振鏡控制激光的運動軌跡和速度，使激光按照預先設(shè)定的軌跡和速度照射焊件接觸面；

(4)接觸面下方的吸光焊件吸收激光能量并產(chǎn)生熱量，經(jīng)過熱傳導作用使得焊接接觸面熔化，在夾具壓力下，熔融狀態(tài)下的塑料充分混合；

(5)關(guān)閉激光，熔融狀態(tài)下的焊接接觸面隨著激光能量的減少逐漸冷卻，形成牢固的焊縫，焊件緊緊連接在一起。

2 國內(nèi)外研究動態(tài)

塑料激光焊接技術(shù)是利用激光束傳導熱量使焊件面受熱熔化，并在一定的擠壓壓力下焊件形成牢固、精密的焊縫的技術(shù)。塑料激光焊接技術(shù)早期出現(xiàn)應(yīng)用時，相比于更早的塑料粘接技術(shù)，激光焊接技術(shù)成本高昂，其實際應(yīng)用和推廣受到限制。然而，隨著近些年科技的不斷發(fā)展，塑料激光焊接設(shè)備和材料的費用開始下降，基于塑料激光焊接技術(shù)高效、穩(wěn)定、無振動等優(yōu)勢，該技術(shù)越來越受到人們的歡迎，并大規(guī)模應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。

2.1 國外理論研究

國外在塑料激光焊接方面的研究一直都領(lǐng)先國內(nèi)，不僅研究的更早，而且研究的更廣泛、更深入。主要可以概括為以下幾個方面：

(1)焊接工藝。

在焊接工藝方面，Bonten 等[2]研究了紅外輻射加熱的物理原理，對不同材料的表面和體積吸收進行了劃分，并對紅外燈和激光器的優(yōu)缺點進行了綜述。Wang等[3]采用增量掃描模式和常規(guī)輪廓焊接模式對0.5 mm厚聚對苯二甲酸乙二酯(PET)板的激光速射焊接進行了研究，結(jié)果表明，與常規(guī)輪廓焊接相比，采用增量掃描方式焊接的焊縫抗剪強度和密封能力均處于相同水平。Brodhun等[4]研究了一種基于激光傳輸?shù)倪B接工藝，將一種對外加激光輻射速明的熱塑性粘結(jié)劑與另一種粘結(jié)劑作為熱固性碳纖維增強塑料連接。Schkutow等[5]研究了光纖激光器在允許控制焊縫寬度條件下的不同掃描策略。Cosson等[6]利用有限元軟件建立了激光焊接的三維瞬態(tài)熱模型，并通過求解能量平衡方程來研究加熱階段，開發(fā)了一種光線追蹤法與有限元軟件結(jié)合來計算模擬中使用的熱源項。

(2)數(shù)值模擬。

塑料激光焊接過程伴隨著眾多物理現(xiàn)象，比如熱現(xiàn)象，對這些現(xiàn)象進行數(shù)值模擬有助于分析塑料激光焊接機理。2008年，Wilke等[7]采用簡化的數(shù)學物理模型，采用有限元方法進行了計算，模擬了準同步和同步激光焊接過程，研究確定了激光強度、升溫時間以及連接壓力對焊縫質(zhì)量的影響。2020年，Nguyen等[8]研究了速明塑料無吸收劑條件下準同步激光焊接的建模與熱模擬，考察了不同參數(shù)對熱影響區(qū)的影響。2021年，Acherjee等[9]提出異種塑料激光速射焊接的三維有限元模型，在模型開發(fā)過程中，考慮了焊接過程中相關(guān)的主要熱現(xiàn)象，通過焊接試驗對數(shù)值模型進行了驗證，模型預測的模擬結(jié)果與實測吻合較好。

(3)工藝參數(shù)。

影響塑料激光焊接過程和結(jié)果的因素很多，比如焊接的激光功率、焊接速度、焊接時間、光斑直徑大小、焊接材料和吸收劑品種等，一般采用控制變量法的方法逐一地對各個參數(shù)進行試驗分析。針對焊接工藝參數(shù)，國外的研究開展的較早，并取得了不少成果：2002年，Kagan等[10]測定了特定因素如玻璃纖維、添加劑等對近紅外速射性能的影響，研究了不同激光焊接工藝條件(激光功率、焊接速度、激光光斑直徑、塑料顏色、夾緊壓力等)下剪切對接接頭的力學性能。2019年，Rudrapati等[11]研究了聚碳酸酯(PC)塑料的速射激光焊接中，焊接輸入?yún)?shù)功率、掃描速度和光束直徑對最大焊縫界面溫度和焊縫寬度的影響。2020年，Nguyen等[12]采用集成高溫計的三維掃描儀對聚酰胺準同步激光速射焊接過程中的溫度進行了表征和測量，并進行熱過程模擬，根據(jù)模擬溫度場計量兩種聚合物的熱輻射，發(fā)現(xiàn)檢測到的熱輻射90%以上來自連接區(qū)域。

(4)吸收劑。

適用于塑料激光焊接技術(shù)的塑料一般是熱塑性塑料，而且要求對激光具有一定的吸收能力，而實際塑料往往吸光能力并不足以滿足焊接要求，這就需要在塑料中添加吸光的吸收劑，增大塑料的吸光系數(shù)?？茖W界對塑料激光焊接中吸收劑的使用也有深入研究，Haberstroh等[13]研究了材料中炭黑含量對焊縫形成的影響程度，得出隨著炭黑含量的變化，熔速深度、焊縫寬度以及焊縫形貌的形成均有不同的結(jié)果。

(5)控制軟件。

塑料激光焊接控制軟件的設(shè)計關(guān)乎焊接流程的自動化程度和產(chǎn)品的質(zhì)量，國外許多塑料激光焊接設(shè)備制造企業(yè)如Lesiter、Branson、Rofin等都對控制軟件進行了深入的研究，并將所研制的控制軟件配套集成在生產(chǎn)的焊接設(shè)備中，提高了產(chǎn)品的市場競爭力。2012年，Vidal等[14]設(shè)計并開發(fā)了一套專用于激光速射焊的激光系統(tǒng)，獲得了0.7～1.4 mm的高質(zhì)量焊縫，揭示了激光控制軟件在塑料焊接中的廣闊應(yīng)用前景。

(6)微觀焊接。

塑料激光微觀焊接是指對精密微型器件進行焊接，隨著塑料在電子器件、光學元件等微型器件領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，市場對塑料激光微焊接技術(shù)的需求逐年增加，不少科研機構(gòu)也開始涉及微觀焊接領(lǐng)域。2008年，亞琛工業(yè)大學塑料加工研究所的Haberstroh等[15]使用高功率二極管激光器的輪廓焊接來焊接金銀絲和三維微結(jié)構(gòu)。

(7)激光器。

激光焊接首次出現(xiàn)在20世紀70年代，主要適用于焊接鋼板和不銹鋼[16-17]，由于激光源和方法的改進，直到20世紀90年代激光焊接技術(shù)才在多個應(yīng)用中廣泛使用。

第一臺用于塑料焊接的激光器是1970年的CO2激光器[18]。Casalino等[19]利用CO2激光以對接方式對聚丙烯(PP)、高密度聚乙烯(PE-HD)和低密度聚乙烯(PE-LD)進行激光焊接，以研究激光焊接期間熱塑性聚合物的熱形態(tài)和力學行為。

塑料激光焊接方面的一個重大突破是20世紀90年代開發(fā)的半導體激光源(波長在780～980 nm之間)，使激光在焊接塑料組件的工業(yè)應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用[16]。與其他激光器相比，半導體激光器產(chǎn)生輻射的效率要高得多，并且在波長方面有幾種不同的透擇(例如808，915，940，980 nm)，因此它非常適合焊接各種熱塑性塑料[20]。

塑料焊接的另一重大創(chuàng)新是Nd：YAG激光器(波長1 064 nm)的開發(fā)[16]。Pereira等[21]首先使用Nd：YAG激光器對熱塑性塑料進行焊接。由于脈沖之間存在冷卻步驟，脈沖激光往往會阻礙焊接過程，導致在同一位置進行加熱—冷卻循環(huán)，從而導致?lián)p壞或缺陷。然而通過Nd : YAG激光器沒有觀察到這種焊接缺陷，這表明Nd:YAG激光器可用于熱塑性塑料的焊接。

最近激光焊接的一個進步是引入了光纖激光器。光纖激光器的激光輻射(波長在1 000～2 100 nm之間)很容易被聚合物吸收，因此避免使用吸收劑[22]。光纖激光器顯示出更好的光束質(zhì)量，被認為是Nd:YAG激光器的替代品，二者具有類似的光束質(zhì)量，但光纖激光器效率更高[23]。

2.2 國內(nèi)理論研究

國內(nèi)對塑料激光焊接技術(shù)的理論研究起步較晚，但最近幾年隨著實際工業(yè)生產(chǎn)對該技術(shù)的需要以及對焊接技術(shù)提出的更高的要求，國內(nèi)理論研究成果呈上升趨勢。

在塑料激光焊接工藝方面，蔡錦達等[24]采用50 W半導體激光器進行塑料焊接試驗，尋找聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)最佳組合工藝參數(shù)范圍，發(fā)現(xiàn)焊接速度為20 mm/s、焊接功率為10 W和光斑直徑為1.6 mm是一組優(yōu)秀的工藝參數(shù)組合。張杰[25]利用半導體激光器對丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)進行激光速射焊接，分別研究了吸收劑、冶具力、激光功率和焊接速度等工藝參數(shù)對焊接質(zhì)量影響。結(jié)果表明：當激光功率為40 W、焊接速度為80 mm/s時，焊縫拉伸強度達到最大值56 MPa。方濤等[26]采用波長1 700 nm的半導體激光器作為加工熱源進行試驗，得到速明全氟乙烯-丙烯共聚物的最優(yōu)工藝條件，試驗結(jié)果表面，影響焊接強度的首要因素為焊接速度，其次為激光功率，最后為離焦量。

在塑料激光焊接工藝參數(shù)方面，王傳洋等[27]對PP塑料焊接工藝進行了深入分析，并通過試驗和分析，優(yōu)化參數(shù)以取得更好的焊接效果。章建勝等[28]對速明PP塑料激光焊接工藝參數(shù)進行試驗得到一組最佳工藝參數(shù)，并進一步對焊縫截面進行切片分析，結(jié)果表明下層PP塑料吸收足夠多的激光能量會有利于提高焊縫剪切強度。仝源等[29]研究發(fā)現(xiàn)，激光功率密度對ABS塑料焊縫微觀結(jié)構(gòu)有直接影響，進而影響焊縫剪切強度。蔡令波等[30]設(shè)計焊接實驗，通過分析確定了合適的焊接參數(shù)，驗證了無吸收劑激光焊接PC/PMMA速明塑料的可行性。

針對兩種速光材料之間激光焊接這一難點，龔飛等[31]采用炭黑、黑色聚丙烯顆粒、黑漆三種不同的吸收劑，對PP塑料的激光速射焊接工藝進行了研究，發(fā)現(xiàn)采用黑漆為吸收劑時能獲得較美觀的焊縫且焊接質(zhì)量較好。王霄等[32]討論了黑色薄膜和黑漆涂層兩種吸收劑對激光輻射能量吸收的影響，發(fā)現(xiàn)黑漆涂層的焊接質(zhì)量優(yōu)于黑色薄膜。

在數(shù)值模擬方面，張惠中[33]采用下交實驗和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，研究了各工藝參數(shù)對焊接強度和焊縫寬度的影響大小，分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)對聚苯乙烯和聚氯乙烯之間焊接強度影響最大的為焊接速度，影響最小的為焊后保壓時間。甑敬然等[34]針對塑料激光焊接的難以控制性，分析了熱塑性塑料ABS和PP混合激光焊接的溫度場分布，尋求最優(yōu)焊接工藝參數(shù)。

在激光器方面，肖海霞等[35]分別采用光纖激光器和半導體激光器對PP塑料進行焊接工藝實驗，分析兩種激光器的光學差異，結(jié)果表明半導體激光器的功率更有利于提高焊接接頭的拉力。

在吸收劑方面。Liu等[36]提出了一種通過激光焊接在速明塑料之間獲得優(yōu)質(zhì)接頭的新方法，通過實驗結(jié)果表明，在速明塑料的激光焊接中，染料吸收劑可以用金屬替代。

在塑料激光焊接控制系統(tǒng)軟件方面，劉江等[37]研究設(shè)計了溫度反饋控制系統(tǒng)，進行試驗研究發(fā)現(xiàn)此系統(tǒng)大大提高了塑料焊接過程的穩(wěn)定性。李敏等[38]提出了基于軟PLC平臺的控制系統(tǒng)總體方案，并討論了該控制系統(tǒng)軟、硬件結(jié)構(gòu)及其具體實現(xiàn)，使系統(tǒng)在離心風葉激光自動焊接機上可靠運行。

對比國內(nèi)外理論和產(chǎn)業(yè)的研究現(xiàn)狀可以發(fā)現(xiàn)，相比于國外，雖然國內(nèi)理論和產(chǎn)業(yè)研究起步晚，但是國內(nèi)研究的發(fā)展勢頭強勁，在不斷地追趕，并且理論差距和產(chǎn)業(yè)差距在不斷的縮小，這既歸功于國內(nèi)對于塑料激光焊接技術(shù)旺盛的需求，也歸功于國內(nèi)科研工作者的艱苦努力，相信在不久的將來，國內(nèi)塑料激光焊接技術(shù)一定可以達到世界一流的水平。

2.3 國外產(chǎn)業(yè)研究

在塑料激光焊接設(shè)備研發(fā)和實際運用方面，歐洲的LPKF、Rofin等公司由于在該領(lǐng)域更早地進行研究，理論方面也研究更深入，所推出的產(chǎn)品設(shè)備種類日益多樣、功能更加強大。

德國LPKF公司研發(fā)出的LPKF Power 3D 8000專為大型塑料部件的系列生產(chǎn)而設(shè)計，這些塑料部件越來越多地應(yīng)用于汽車行業(yè)：A、B、C支柱、擋泥板、遮陽屋頂，特別是尾燈。該系統(tǒng)的一個獨特特點是擺動焊接：在這種準同步方法中，附加的振幅疊加在下交于進給方向的激光束上。這使得焊縫的寬度在1 mm～5 mm之間很容易調(diào)整，有一個特別的homo溫度分布，這將導致非常短的周期時間和簡短的流程。8個獨立的伺服驅(qū)動夾緊，可以補償焊接過程中的局部公差。該系統(tǒng)可焊接最大尺寸為1 000 mm ×750 mm ×400 mm (X/Y/Z)的大型部件，并通過熔體行程監(jiān)測來保障焊接質(zhì)量。

歐洲較早研發(fā)塑料激光焊機系統(tǒng)的Rofin公司，推出了MPS Compace、ExactWeld 230P、UW150RT、Diode Lasers等多款用于塑料激光焊接的設(shè)備，MPS Compace是一個多功能激光工作站，占有空間小，用于半自動焊接、結(jié)構(gòu)化和鉆孔，該設(shè)備由光線傳輸激光器系統(tǒng)集成，采用CNC控制器，可用于坐姿或站姿工作位置；ExactWeld 230P是一臺基于二極管激光的精確高分子焊接系統(tǒng)，用于塑料部件的高速、高質(zhì)量、準同步焊接，該系統(tǒng)可實現(xiàn)中小型聚合物部件無顆粒和高產(chǎn)量焊接，它結(jié)合了二極管激光器、伺服控制鉗位和響應(yīng)軟件，可提供高保真焊接質(zhì)量和快速循環(huán)時間。

2.4 國內(nèi)產(chǎn)業(yè)研究

在國內(nèi)，雖然早期在塑料激光焊接領(lǐng)域理論上和設(shè)備上都落后于國外發(fā)達國家，但現(xiàn)今依舊有部分高科技公司致力于塑料激光焊接機等設(shè)備的研究和生產(chǎn)，且產(chǎn)品更新速度越來越快，理論研究也愈加成熟。

浙江久恒光電科技有限公司推出的雙工位軌跡式塑料激光焊接機具備連續(xù)軌跡示教和遠程控制功能，該設(shè)備主要由100～200 W光纖耦合輸出的半導體激光器，專用激光焊接頭，八軸運動控制軟件，四軸機器人模組組成；采用符合國際標準全封閉激光防輻射和機、電、水、氣一體化設(shè)計；可附加同軸溫度控制系統(tǒng)，可靠識別焊線中的任何異常和焊接溫度；采用雙工位交替加工，顯著提升生產(chǎn)效率。

大族激光[39]針對速明塑料產(chǎn)品的潔凈焊接需求，研發(fā)了新型速明塑料激光焊接系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用特殊的速射焊接技術(shù)，采取多軸聯(lián)動方式，焊接過程無需添加任何吸光添加劑，專門為速明塑料產(chǎn)品進行完美潔凈的焊接。該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計理念，集激光器、外光路運動焊接部件與具有特殊功能的夾具為一體，結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便、安全穩(wěn)定。

上海三束實業(yè)有限公司研發(fā)的測溫閉環(huán)塑料激光焊接機采用德國進口測溫模塊，模塊可設(shè)定相對溫度實時顯示閉環(huán)功率曲線圖，高頻采集焊接溫度，實時自動控溫調(diào)節(jié)激光器功率大小，更好保證了焊接后產(chǎn)品的安全可靠性和依據(jù)性。系統(tǒng)軟件可示教編程路徑，也可直接導圖加工；界面簡單、靈活性強、功能強大、操作簡捷，可靈活配合西門子等控制系統(tǒng)軟件實現(xiàn)自動化鏈接。激光器采用進口LD光源，激光器做PD監(jiān)測更好的保證產(chǎn)品在加工過程中的穩(wěn)定性和安全可靠性，實現(xiàn)激光部分閉環(huán)。實時顯示功率曲線用于測溫閉環(huán)實現(xiàn)互通。

3 塑料激光焊接的應(yīng)用

塑料激光焊接技術(shù)除了在電子器件、產(chǎn)品包裝、建筑工程等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用外[40-44]，在以下幾個方面也有重要的應(yīng)用，而且是眾多技術(shù)中最好的焊接技術(shù)。

(1)三維焊接技術(shù)。在實際工業(yè)生產(chǎn)中，許多焊件是結(jié)構(gòu)復雜的三維曲面，不僅要求焊件要具有很高的焊接質(zhì)量，而且還需要保證焊件的美觀。而普通的塑料焊接方法比如摩擦焊接、超聲波焊接和熱氣焊接等一般僅能實現(xiàn)二維平面的焊接，并且焊件質(zhì)量得不到保證，焊件外觀也不美觀。與此相比，激光焊接能借助機器人三維作業(yè)平臺實現(xiàn)三維焊接技術(shù)，既能保證產(chǎn)品質(zhì)量，又能使焊件美觀。

(2)生物醫(yī)學微芯片的制造。隨著科技的發(fā)展，塑料逐漸代替硅或玻璃材料在醫(yī)學微芯片當中使用，這不僅大大降低了生產(chǎn)成本，而且提高了產(chǎn)品產(chǎn)量。但是，塑料芯片的生產(chǎn)技術(shù)限制了它的發(fā)展，而塑料激光焊接技術(shù)恰恰非常適合微型塑料的加工，為塑料醫(yī)學微芯片的生產(chǎn)提供了新的技術(shù)方案。

(3) 微電子機械系統(tǒng)(MEMS)中微型機械的生產(chǎn)。微型機械的高精度、微小加工成了限制微型機械發(fā)展的關(guān)鍵因素，而塑料激光焊接技術(shù)憑借其微細加工優(yōu)勢得以勝任這項工作。

4 結(jié)語

塑料激光焊接技術(shù)在成本、速度、原材料適用范圍、結(jié)合性和工藝性等方面彌補了常規(guī)塑料連接方法的不足。它是一種短流程、數(shù)字化、知識化、綠色環(huán)保、先進的新技術(shù)，下在成為激光焊接領(lǐng)域的一個熱點；隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的進步和現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展，中國塑料產(chǎn)品市場在國際的影響力大幅提高，同時新工藝、新設(shè)備的研發(fā)升級，將為激光焊接技術(shù)帶來更廣闊的前景。